Ozonschicht & Ozonloch

Gutes Ozon oben, schlechtes Ozon unten

Ozon ist ein Molekül aus drei Sauerstoffatomen (O₃). Rund 90 % davon befinden sich in der Stratosphäre, grob zwischen 15 und 35 km Höhe — das ist die Ozonschicht. Sie schluckt zusammen mit dem gewöhnlichen Sauerstoff die energiereichste UV-C-Strahlung der Sonne vollständig und den größten Teil der UV-B-Strahlung, die Sonnenbrand verursacht und das Hautkrebsrisiko erhöht. Was davon am Boden ankommt, beschreibt der UV-Index.

Am Boden ist dasselbe Molekül ein Schadstoff. Bodennahes Ozon entsteht an heißen, sonnigen Tagen aus Abgasen, reizt Augen und Atemwege und wird als Sommersmog gemessen; die Grenz- und Schwellenwerte stehen auf Luftqualität und Smog. Oft wird gefragt, ob dieses Ozon nicht nach oben steigen und das Loch auffüllen könnte. Nein: Es wird in den unteren Kilometern innerhalb von Tagen bis wenigen Wochen wieder abgebaut, und der Austausch läuft überwiegend in die andere Richtung, aus der Stratosphäre nach unten. Oben und unten sind zwei getrennte Probleme, die nur das Molekül gemeinsam haben.

Wie FCKW das Ozon zerstören

Ozon entsteht in der Stratosphäre laufend neu: Harte UV-Strahlung spaltet Sauerstoffmoleküle, die freien Atome lagern sich an andere Sauerstoffmoleküle an. Zugleich zerfällt Ozon wieder. Diesen Kreislauf hat Sydney Chapman 1930 beschrieben. Solange Bildung und Abbau sich die Waage halten, bleibt die Schicht im Mittel gleich dick.

FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) galten lange als ideale Industriegase: ungiftig, nicht brennbar, chemisch träge. Sie steckten in Kühlschränken, Spraydosen, Schaumstoffen und Reinigungsmitteln. Gerade die Trägheit wurde zum Problem. In der unteren Atmosphäre werden FCKW kaum abgebaut, sie gelangen über Jahre in die Stratosphäre, und erst dort zerlegt die harte UV-Strahlung sie. Dabei wird Chlor frei. Diesen Weg haben Mario Molina und F. Sherwood Rowland 1974 in der Fachzeitschrift Nature beschrieben.

Chlor wirkt als Katalysator: Ein Chloratom zerlegt ein Ozonmolekül, wird im nächsten Schritt wieder frei und kann von vorn anfangen. Erst wenn es in einer trägen „Reservoir“-Verbindung wie Chlorwasserstoff gebunden wird, ist vorerst Schluss. Wie viele Ozonmoleküle ein einzelnes Chloratom bis dahin zerstört, wird unterschiedlich angegeben: Die US-Wetter- und Ozeanbehörde NOAA schreibt von „vielen Tausend“, die US-Umweltbehörde EPA von über 100.000. Die Angaben liegen weit auseinander, weil die Zahl davon abhängt, in welcher Höhe und unter welchen Bedingungen das Chlor unterwegs ist, bevor es gebunden wird. Wir nennen beide, statt uns eine auszusuchen; sicher ist nur die Größenordnung: Tausende und mehr. Brom aus Halonen, früher in Feuerlöschanlagen, zerstört Ozon auf ähnliche Weise.

Dazu kommt die Lebensdauer. Das häufige FCKW-11 bleibt im Mittel rund 50 Jahre in der Atmosphäre, FCKW-12 rund 100 Jahre. Was in den 1980er-Jahren ausgestoßen wurde, wirkt heute noch. Deshalb dauert die Erholung Jahrzehnte, obwohl die Produktion längst fast vollständig eingestellt ist.

Warum das Loch über der Antarktis liegt

Chlor aus FCKW ist überall in der Stratosphäre. Dass es über der Antarktis so heftig wirkt, liegt an den Bedingungen dort oben. Im Südwinter liegt der Pol monatelang im Dunkeln, die Stratosphäre kühlt stark aus, und ein kräftiger Westwindgürtel, der Polarwirbel, schließt die kalte Luft ein (Polarwirbel). Unter etwa −78 °C bilden sich polare Stratosphärenwolken. Ihre auffälligste Form sind die schillernden Perlmuttwolken, die man in hohen Breiten gelegentlich in der Dämmerung sieht.

An der Oberfläche der Wolkenteilchen wird Chlor aus seinen harmlosen Reservoir-Verbindungen gelöst und in eine reaktionsbereite Form gebracht. Im Dunkeln passiert damit noch wenig. Kehrt im Frühjahr die Sonne zurück, spaltet ihr Licht diese Verbindungen, und das freie Chlor zerstört das Ozon binnen Wochen. Das Loch wächst deshalb ab August, erreicht meist zwischen Mitte September und Anfang Oktober seine größte Ausdehnung und schließt sich im November oder Dezember, wenn der Wirbel zerfällt und ozonreichere Luft einströmt.

Im Norden ist der Wirbel im Mittel wärmer und unruhiger. Große Wellen aus der Wetterschicht stören ihn immer wieder, bis hin zur plötzlichen Stratosphärenerwärmung; polare Stratosphärenwolken bilden sich seltener und halten kürzer. Ausnahmen gibt es: Im Frühjahr 2020 war der arktische Wirbel ungewöhnlich kalt und stabil, und über der Arktis wurde so viel Ozon zerstört wie nie zuvor seit Beginn der Messungen — in rund 18 km Höhe nach Ballonmessungen gut 90 % (Wohltmann und Kollegen, 2020). Ob der Klimawandel solche kalten arktischen Winter häufiger macht, ist umstritten: von der Gathen und Kollegen (2021) sehen Hinweise darauf, Polvani und Kollegen (2023) halten mit Verweis auf Klima-Chemie-Modelle dagegen.

Umgekehrt kann auch im Süden das Wetter das Loch klein halten. 2019 störte eine seltene Stratosphärenerwärmung den antarktischen Wirbel; das Loch blieb so klein wie seit 1982 nicht mehr. Die NASA betonte damals ausdrücklich, das liege an den warmen Temperaturen in der Stratosphäre und sei kein Zeichen, dass sich die Ozonschicht plötzlich schneller erhole. Diese Vorsicht gilt für jedes einzelne Jahr, in beide Richtungen.

Eine Entdeckung vom Boden aus

Entdeckt wurde das Ozonloch nicht von einem Satelliten, sondern mit einem Dobson-Messgerät auf der britischen Antarktisstation Halley. Farman, Gardiner und Shanklin vom British Antarctic Survey zeigten 1985 in Nature, dass die Ozonsäule dort im Oktober nur noch etwa zwei Drittel so dick war wie in früheren Jahrzehnten. Ganz allein waren sie nicht: Ungewöhnlich niedrige Werte hatte 1984 auch Shigeru Chubachi von der japanischen Station Syowa auf einer Fachtagung vorgestellt, allerdings nur in einem Tagungsband, der kaum beachtet wurde. Den langjährigen Rückgang und die Verbindung zu den FCKW machten erst Farman und Kollegen bekannt.

Was das Montreal-Protokoll erreicht hat

Das Montreal-Protokoll von 1987 wurde mehrfach verschärft, unter anderem 1990 in London und 1992 in Kopenhagen. Die Industrieländer stiegen bis 1996 aus der FCKW-Produktion aus, die Entwicklungsländer bis 2010. Es gehört zu den ersten Verträgen der Vereinten Nationen, die alle Staaten der Welt ratifiziert haben. Laut UN-Umweltprogramm UNEP sind inzwischen rund 99 % der ozonzerstörenden Stoffe aus dem Verkehr gezogen. Deutschland verbot FCKW mit der FCKW-Halon-Verbots-Verordnung von 1991 schrittweise und war Ende 1994 aus den vollhalogenierten FCKW ausgestiegen. Dass selbst Hersteller mitzogen, hatte mit den Messungen zu tun: Im März 1988, kurz nach einem internationalen Bericht zu den Ozontrends, kündigte der große Hersteller DuPont an, seine FCKW-Produktion ganz einzustellen.

Die Wirkung ist messbar. Seit dem Höhepunkt um das Jahr 2000 gehen die ozonzerstörenden Stoffe über der Antarktis zurück, aber langsam: Nach dem Index der NOAA war 2023 gut ein Viertel des Weges vom Höchststand zurück zum Stand von 1980 geschafft (27 %). Wann die Ozonschicht wieder so dick ist wie 1980, haben Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und UNEP in ihrem großen Sachstandsbericht von 2022 mit Modellen abgeschätzt:

Drei Dinge gehören zu diesen Jahreszahlen dazu. Erstens: 1980 ist ein Vergleichsjahr, kein Urzustand; es wurde gewählt, weil der starke Ozonabbau erst danach deutlich wurde. Zweitens: Es sind Modellwerte mit Spielraum, und sie hängen davon ab, wie viele Treibhausgase die Menschheit noch ausstößt. In Szenarien mit mehr Treibhausgasen kehrt das Ozon in den Modellen außerhalb der Tropen sogar früher zurück, weil Treibhausgase die obere Stratosphäre abkühlen und die Luftzirkulation dort verändern. In der oberen Stratosphäre, oberhalb von etwa 35 km, bremst Kälte die Abbaureaktionen — anders als in der unteren Stratosphäre über den Polen, wo Kälte über die Stratosphärenwolken den Abbau erst möglich macht. In den Tropen dagegen trägt die stärkere Zirkulation Ozon aus der unteren Stratosphäre fort; dort bleibt die Säule in Szenarien mit viel Treibhausgas laut Bericht bis 2100 unter den Werten von 1980. Das ist alles keine gute Nachricht, sondern zeigt nur, wie verwoben beide Probleme sind. Drittens: Der nächste Bericht ist für Ende 2026 angekündigt; die Jahreszahlen können sich dann verschieben.

Wo die Erfolgsgeschichte Lücken hat

Das Montreal-Protokoll wirkt, daran gibt es in der Forschung keinen ernsthaften Zweifel. Aber „das Ozonloch ist geheilt“ stimmt nicht, und „das Ozonloch ist zurück“ ebenso wenig. Was offen oder umstritten ist:

• Einzelne Jahre schwanken stark. Auf das kleine Loch von 2019 folgten von 2020 bis 2023 große und langlebige Löcher, 2024 und 2025 wieder kleinere; 2025 war nach NASA und NOAA das fünftkleinste seit 1992. Die Saison 2026 läuft gerade. Mitte September war die Fläche des Lochs größer als üblich: Der Copernicus-Atmosphärendienst schätzte sie am 12. September auf rund 25 Mio. km², etwa 5 Mio. km² mehr als im Mittel für diese Jahreszeit. Wie tief das Loch war, lag nach derselben Mitteilung dagegen nahe am Üblichen: breit, aber nicht ungewöhnlich tief. Wie groß es am Ende wird und wie lange es hält, zeigt sich erst im Oktober und November. Weder ein kleines noch ein großes Jahr beweist für sich etwas; entscheidend ist der Trend über viele Jahre. Den bestimmt vor allem, wie viel Chlor und Brom noch in der Stratosphäre sind; ob ein einzelnes Jahr groß oder klein ausfällt, entscheiden Temperatur und Polarwirbel.
• Außerhalb der Antarktis ist die Erholung noch schwer nachzuweisen. Der WMO/UNEP-Bericht 2022 stuft die Belege für eine Zunahme der Ozonsäule zwischen 60° S und dem Nordpol seit 1996 als begrenzt ein, mit geringer Sicherheit. Für die untere Stratosphäre der mittleren Breiten fanden Ball und Kollegen (2018) sogar eine fortgesetzte Abnahme; andere Arbeiten erklären sie eher mit schwankenden Luftströmungen (Chipperfield und Kollegen, 2018). Das ist eine offene Forschungsfrage.
• Ein Vertrag ist nur so gut wie die Messungen, die ihn kontrollieren. Nach 2012 stiegen die Emissionen von FCKW-11 wieder an, obwohl die Produktion längst verboten war (Montzka und Kollegen, 2018). Messnetze ordneten einen großen Teil davon Ostchina zu (Rigby und Kollegen, 2019); ab 2018 fielen die Emissionen wieder deutlich (Montzka und Kollegen, 2021; Park und Kollegen, 2021). Aufgefallen ist das nur, weil jemand weiter gemessen hat.
• Ein Schlupfloch für Ausgangsstoffe. Manche ozonzerstörenden Stoffe dürfen als Rohstoff für andere Chemikalien weiter hergestellt werden, unter der Annahme, dass nur etwa 0,5 % entweichen. Eine Studie von Reimann und Kollegen (2026) schätzt die tatsächlichen Verluste deutlich höher und die Verzögerung der Erholung auf rund sieben Jahre. Das ist eine einzelne, neue Studie; sie zeigt aber, wo nachgebessert werden kann.
• Lachgas ist nicht geregelt. Distickstoffoxid (N₂O), vor allem aus der Landwirtschaft, ist heute die größte ozonzerstörende Emission und fällt nicht unter das Montreal-Protokoll (Ravishankara, Daniel und Portmann, 2009).
• Unerwartete Ereignisse. Der Unterwasser-Vulkan Hunga Tonga hat im Januar 2022 so viel Wasserdampf in die Stratosphäre geschleudert wie nie zuvor in den Satellitenmessungen beobachtet, grob ein Zehntel der Wassermenge, die dort ohnehin ist (Millán und Kollegen, 2022). Ob und wie stark das die Ozonlöcher der Folgejahre vergrößert hat, ist in der Forschung umstritten.
• Eingriffe gegen die Erwärmung könnten schaden. Der Vorschlag, Schwefelteilchen in die Stratosphäre zu bringen, um die Erde zu kühlen, könnte laut WMO/UNEP-Bericht 2022 das antarktische Ozonloch vertiefen und die Erholung verzögern (Wetterbeeinflussung).

Was das für Deutschland heißt

Das antarktische Ozonloch liegt nicht über Deutschland. Ausgedünnt wurde die Ozonschicht aber auch hier. Nach Angaben des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS) hat der menschengemachte Ozonabbau den UV-B-Anteil in den mittleren Breiten der Nordhalbkugel im Winter und Frühling um etwa 7 % erhöht, im Sommer und Herbst um etwa 4 %. Dieselben Werte nennen die Wirkungsberichte des UN-Umweltprogramms aus der Zeit um 2000, bezogen auf die 1970er-Jahre. Es ist also eine Abschätzung für die Jahre des stärksten Ozonabbaus, kein Anstieg, der sich bis heute fortsetzt.

Dazu kommen Niedrigozon-Ereignisse: ozonarme Luftmassen, die durchziehen und die UV-Strahlung für einige Tage unerwartet ansteigen lassen, oft nach starkem Ozonabbau über der Arktis. Im Rekordfrühjahr 2020 stieg der UV-Index laut BfS Ende März und Anfang April deshalb von 3 auf 6. Im Frühjahr ist das besonders heikel, weil die Haut nach dem Winter noch nicht an die Sonne gewöhnt ist.

Gemessen wird die Ozonschicht in Deutschland seit Jahrzehnten: Der Deutsche Wetterdienst misst am Observatorium Hohenpeißenberg seit 1967 regelmäßig, mit einem Dobson-Gerät vom Boden aus und mit Ozonsonden an Wetterballons (Radiosonde). In die Vorhersage des UV-Index gehen Ozonvorhersagen ein (UV-Index); wie viel davon die Wolken wegnehmen, zeigt UV und Wolken.